再議神經(jīng)調(diào)節(jié)中電位變化的教學(xué)策略

陸愛(ài)香

神經(jīng)調(diào)節(jié)在人和動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)中，占主導(dǎo)地位，其中在興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)、傳遞過(guò)程中，膜電位的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)變、測(cè)量方法以及產(chǎn)生電位變化曲線(xiàn)，學(xué)生理解起來(lái)困難重重。下面立足教學(xué)實(shí)踐，破解教學(xué)難點(diǎn)，開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)。

1靜息電位和動(dòng)作電位的形成和測(cè)定

興奮的產(chǎn)生實(shí)際上表現(xiàn)為膜電位的變化，即由靜息電位轉(zhuǎn)化為動(dòng)作電位的過(guò)程。幾乎所有細(xì)胞遇到適宜的刺激，均可以發(fā)生如此變化。但興奮的傳導(dǎo)（遞）只能發(fā)生在神經(jīng)元上，這點(diǎn)可以反射弧作為反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，作為判定的依據(jù)，因?yàn)榉瓷浠≈信d奮的傳導(dǎo)（遞）都是通過(guò)神經(jīng)元完成的。而效應(yīng)器包含了肌肉或腺體，這些組織細(xì)胞也可以產(chǎn)生興奮，從而引起肌肉收縮或腺體分泌。

靜息電位和動(dòng)作電位的形成以及靜息電位的恢復(fù)過(guò)程，與K⁺、Na⁺進(jìn)出細(xì)胞有關(guān)，其運(yùn)輸方式是學(xué)生容易產(chǎn)生迷惑之處。對(duì)此，教師不要開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地告知其運(yùn)輸方式，而可采取先告知學(xué)生K⁺、Na⁺在細(xì)胞內(nèi)外濃度的大小關(guān)系，繪制相關(guān)圖示，并提出問(wèn)題：己知靜息電位的形成是K⁺外流引起的，動(dòng)作電位的形成是Na⁺內(nèi)流形成的。請(qǐng)判定這兩種離子在此過(guò)程中，運(yùn)輸?shù)姆绞绞鞘裁?？學(xué)生根據(jù)靜息電位與動(dòng)作電位形成的原因可知，K⁺、Na⁺外流和內(nèi)流方向均是順濃度梯度進(jìn)行的，屬于協(xié)助擴(kuò)散。在此基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生，歸納出二者均通過(guò)離子通道的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制運(yùn)輸?shù)?。針?duì)為了維持細(xì)胞內(nèi)外離子正常的濃度差，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析：神經(jīng)纖維興奮部位最終要恢復(fù)為原狀，即由動(dòng)作電位恢復(fù)為靜息電位，在此過(guò)程中，K⁺、Na⁺的流動(dòng)方向應(yīng)該是什么？在學(xué)生判斷出分別為內(nèi)流和外流后，教師追問(wèn)：該過(guò)程中這兩種離子運(yùn)輸?shù)姆绞綖槭裁搭?lèi)型？學(xué)生據(jù)該過(guò)程中離子運(yùn)輸為逆濃度梯度進(jìn)行，可知屬于主動(dòng)運(yùn)輸，進(jìn)而歸納出：該過(guò)程中需借助于鈉鉀泵，需要消耗能量，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。

對(duì)于靜息電位與動(dòng)作電位的測(cè)定，學(xué)生對(duì)于電位計(jì)兩電極放置的位置，難以理解，教師可出示靜息電位與動(dòng)作電位的示意圖（圖1），提出問(wèn)題：靜息電位與動(dòng)作電位表現(xiàn)為什么類(lèi)型？圖中表示靜息電位與動(dòng)作電位的數(shù)字分別是什么？如何放置電位計(jì)的探針，才能準(zhǔn)確測(cè)量出靜息電位與動(dòng)作電位的數(shù)值？學(xué)生在此基礎(chǔ)上即可判定出探針?lè)胖玫牟课唬阂粋€(gè)放在膜內(nèi)側(cè)，另一個(gè)放在同一位置膜的外側(cè)。

2膜電位差變化曲線(xiàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

神經(jīng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，神經(jīng)纖維受到適當(dāng)刺激時(shí)，受刺激部位膜電位會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量膜兩側(cè)電位、膜同側(cè)電位變化，繪制相關(guān)變化曲線(xiàn)，分析曲線(xiàn)各區(qū)段形成的原因及含義，是高考考查的重要內(nèi)容，同時(shí)也是學(xué)生理解的難點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)教學(xué)是教師需要關(guān)注的問(wèn)題。

2.1神經(jīng)纖維膜兩側(cè)電位差變化曲線(xiàn)的解讀

對(duì)于該曲線(xiàn)（圖2）的解讀，教師需要借助于膜兩側(cè)電位差測(cè)量示意圖，提出問(wèn)題：

①神經(jīng)纖維膜內(nèi)外受刺激前后的電位是什么？當(dāng)興奮傳過(guò)之后的電位有何變化？據(jù)此，學(xué)生可判定出ab段和ef均表示靜息電位。

②靜息電位與動(dòng)作電位的膜兩側(cè)電位差有何不同？（相反）

③靜息電位差是負(fù)值，是如何得出的？學(xué)生根據(jù)靜息電位的類(lèi)型，即可得出電位差是膜內(nèi)電位與膜外電位的差值。

④動(dòng)作電位的電位差應(yīng)當(dāng)是正值還是負(fù)值？圖中哪一段曲線(xiàn)可表示？學(xué)生可判定出為cd段的正值。

⑤既然ed是動(dòng)作電位，那么從刺激位點(diǎn)到c點(diǎn)區(qū)段、de區(qū)段的含義分別是什么？學(xué)生根據(jù)興奮沿著神經(jīng)纖維傳導(dǎo)過(guò)程電位變化的過(guò)程，可判定出前者是靜息電位到動(dòng)作電位的轉(zhuǎn)化過(guò)程，即動(dòng)作電位的形成過(guò)程，至此可得出由刺激點(diǎn)到d點(diǎn)的過(guò)程與動(dòng)作電位的形成與維持，是Na⁺通道被打開(kāi)，內(nèi)流所致，后者是動(dòng)作電位到靜息電位的轉(zhuǎn)化過(guò)程，即靜息電位的恢復(fù)過(guò)程。該過(guò)程中是借助于k⁺-Na⁺泵將k⁺從細(xì)胞外運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)，Na⁺從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，二者均屬于逆濃度梯度運(yùn)輸，屬于主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。此外ab、ef段是靜息電位維持過(guò)程，因k⁺通道被打開(kāi)，外流所致。

2.2神經(jīng)纖維膜同側(cè)電位差變化曲線(xiàn)的教學(xué)

對(duì)于該知識(shí)的教學(xué)，相對(duì)于膜兩側(cè)電位變化較為簡(jiǎn)單，學(xué)生應(yīng)該知道測(cè)量方法：電位計(jì)兩探針要均放置于膜外（圖3），或者同置于膜內(nèi)，最終測(cè)得的曲線(xiàn)為圖4所示。在教學(xué)過(guò)程中，教師直接給出曲線(xiàn)，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其形成的過(guò)程進(jìn)行分析，不利于學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解。教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)例1中流經(jīng)電位計(jì)電流的方向，來(lái)加以判定分析，然后再繪制出變化曲線(xiàn)。這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程是知識(shí)主動(dòng)構(gòu)建的過(guò)程，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

對(duì)于神經(jīng)纖維受到刺激后，流經(jīng)電位計(jì)電流的變化，教師可通過(guò)繪制動(dòng)態(tài)過(guò)程圖來(lái)進(jìn)行教學(xué)：由于興奮在神經(jīng)纖維上是雙向傳導(dǎo)，與電位計(jì)有關(guān)的興奮傳導(dǎo)是右側(cè)方向，刺激的初始階段，由于兩電極均為相同大小的正電位，故起點(diǎn)電位差為0，位于橫軸上。當(dāng)興奮傳至最左側(cè)電極時(shí)，然后隨著動(dòng)作電位的產(chǎn)生，使得膜外逐漸由正電位向負(fù)電位轉(zhuǎn)化，電位差的絕對(duì)值越來(lái)越大，電流由右側(cè)電極流向左側(cè)電極。達(dá)到最大值之后，由于興奮經(jīng)過(guò)左邊電極后，該處電位要恢復(fù)靜息電位，因此，由負(fù)電位逐漸轉(zhuǎn)化為正電位，最終達(dá)到與右側(cè)電極相同大小的正電位。這時(shí)電位差又變成0。該過(guò)程中電位差的變化出現(xiàn)波峰的形狀，由于兩個(gè)電極之間有一定的距離，因而在一段時(shí)間內(nèi)，在興奮未傳導(dǎo)右側(cè)電極之前，兩電極所處的電位均為正電位，電位差保持為0值。直至興奮傳到右側(cè)電極，該處電位變?yōu)樨?fù)值，電流由左側(cè)電極流向右側(cè)電極，電位差逐漸達(dá)到最大值。然后，逐漸恢復(fù)為靜息電位，電位計(jì)數(shù)值恢復(fù)為0點(diǎn)，出現(xiàn)另一個(gè)與前一個(gè)位置顛倒的波峰。至此為止，這兩次電位差因正負(fù)電位在不同探針引起的，故這兩次電位差值的形成過(guò)程，是個(gè)相反的過(guò)程，分布于橫軸兩側(cè)。

教師出示例1，引導(dǎo)學(xué)生思考，反饋教學(xué)。

【例1】圖5甲為某一神經(jīng)纖維示意圖，將一電流表的a、b兩極置于膜外，在x處給予適宜刺激，測(cè)得電位變化如圖5乙所示。下列說(shuō)法正確的是（）

A.未受刺激時(shí)，電流表測(cè)得的為靜息電位

B.興奮傳導(dǎo)過(guò)程中，a、b間膜內(nèi)電流的方向?yàn)閎→a

C.在圖乙中的t3時(shí)刻，興奮傳導(dǎo)至b電極處

D.t1-t2、t3～ta電位的變化分別是Na⁺內(nèi)流、K⁺外流造成的

參考答案：C。

3電流計(jì)偏轉(zhuǎn)情況的教學(xué)思考

若電流計(jì)兩電極的位置分別為位于一個(gè)神經(jīng)元上、兩個(gè)神經(jīng)元之間時(shí)，對(duì)于電流計(jì)偏轉(zhuǎn)的次數(shù)和方向等問(wèn)題，學(xué)生會(huì)誤認(rèn)為出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)兩次方向相同的誤區(qū)。如何消除學(xué)生的理解誤差，教師需要根據(jù)興奮傳導(dǎo)（遞）過(guò)程中膜電位的變化過(guò)程，展開(kāi)教學(xué)思考。

首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解電流計(jì)兩電極均位于同一神經(jīng)纖維膜外（圖6），若刺激位點(diǎn)在a電極左側(cè)，刺激位點(diǎn)x，由于興奮在神經(jīng)纖維上是雙向傳導(dǎo)，而電流計(jì)兩電極均位于均位于x點(diǎn)的右側(cè)，只需關(guān)注向右傳導(dǎo)的興奮即可。

對(duì)電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)與否，教師可設(shè)問(wèn)：電流計(jì)是否偏轉(zhuǎn)與什么有關(guān)？偏轉(zhuǎn)的方向取決于什么？學(xué)生根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)，即可得知前者與電流是否流經(jīng)兩電極有關(guān)，偏轉(zhuǎn)的方向取決于電流的方向。為了便于學(xué)生更好理解，教師要盡可能讓學(xué)生明確興奮在向右側(cè)傳導(dǎo)過(guò)程中局部電流產(chǎn)生的變化過(guò)程。例如，在興奮未傳到電極a之前，電極a、b的電位均為正電位，故未產(chǎn)生電流，電流表不偏轉(zhuǎn)，記為0;當(dāng)興奮傳至a時(shí)，a處膜外電位逐漸變?yōu)樨?fù)電位，電流由b→a，興奮經(jīng)過(guò)a之后，此處電位逐漸恢復(fù)為原靜息電位的正電位;在興奮未傳到b之前，二者之間電位差為0，電流計(jì)不偏轉(zhuǎn)，記為0;興奮傳到b處，此處電位逐漸轉(zhuǎn)化為負(fù)電位，由于此時(shí)a處電位為正電位，因此，電流方向?yàn)閍→b，興奮經(jīng)過(guò)b之后，此處逐漸恢復(fù)為0。在學(xué)生分析后，教師可引導(dǎo)學(xué)生繪出電流產(chǎn)生的過(guò)程：0→（b→a）→0→（a→b）→0。這樣，學(xué)生就能理解：由于產(chǎn)生兩次不同方向的電流，故在此過(guò)程中，電流表發(fā)生兩次方向相反的偏轉(zhuǎn)。

同樣，學(xué)生可依次分析刺激位點(diǎn)分別位于ab電極中點(diǎn)、ab之間非中點(diǎn)、位于b點(diǎn)右側(cè)點(diǎn)以及兩電極之間出現(xiàn)突觸的情形。在此基礎(chǔ)上，教師提出問(wèn)題：什么情況下電流表不發(fā)生偏轉(zhuǎn)？什么情況下偏轉(zhuǎn)兩次？這兩次偏轉(zhuǎn)的方向如何？什么情況下偏轉(zhuǎn)一次？由于學(xué)生已經(jīng)分析出不同刺激位點(diǎn)所引起電流計(jì)偏轉(zhuǎn)情況，可得出結(jié)論：興奮同時(shí)到達(dá)兩電極時(shí)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn);先后到達(dá)兩電極，則發(fā)生兩次方向相反的偏轉(zhuǎn);若只到達(dá)一個(gè)電極，則只偏轉(zhuǎn)一次，這種情形一般發(fā)生在跨突觸的電流計(jì)。最后，教師出示例2，反饋教學(xué)。

【例2】圖7是以槍烏賊的粗大神經(jīng)纖維作為實(shí)驗(yàn)材料測(cè)定其受刺激前后的電位變化情況，圖中箭頭表示電流方向。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）

A.在a點(diǎn)左側(cè)刺激，前后發(fā)生的現(xiàn)象依次是④、②、④、③、④

B.在b點(diǎn)右側(cè)刺激，前后發(fā)生的現(xiàn)象依次是④、③、④、②、④

C.在a、b兩點(diǎn)中央刺激，前后發(fā)生的現(xiàn)象依次是④、①、④

D.在a、b兩點(diǎn)中央偏左刺激，前后發(fā)生的現(xiàn)象依次是④、③、④、②、④

參考答案：D。

該試題著重考查學(xué)生對(duì)興奮傳導(dǎo)過(guò)程中膜外電位變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在學(xué)士思考時(shí)，教師不要引導(dǎo)學(xué)生分析，而應(yīng)耐心等待學(xué)生自主描述各刺激位點(diǎn)發(fā)生的變化過(guò)程。這樣，學(xué)生才能真正理解其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，更好地判斷電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)情況。